발광 다이오드는 특수 다이오드입니다. 일반 다이오드와 마찬가지로 발광 다이오드도 반도체 칩으로 구성된다. 이러한 반도체 재료는 사전 주입되거나 도핑되어 p 및 n 구조를 생성합니다.
다른 다이오드와 마찬가지로 발광 다이오드의 전류는 p극(양극)에서 n극(음극)으로 쉽게 흐를 수 있지만 반대 방향으로는 흐르지 않습니다. 두 개의 서로 다른 캐리어: 정공과 전자는 서로 다른 전극 전압 하에서 전극에서 p 및 n 구조로 흐릅니다. 정공과 전자가 만나 재결합하면 전자는 더 낮은 에너지 준위로 떨어지고 광자 형태로 에너지를 방출합니다(광자는 우리가 종종 빛이라고 부르는 것입니다).
방출되는 빛의 파장(색상)은 p 및 n 구조를 구성하는 반도체 재료의 밴드갭 에너지에 의해 결정됩니다.
실리콘과 게르마늄은 간접 밴드갭 물질이기 때문에 실온에서 이들 물질의 전자와 정공의 재결합은 비방사 전이입니다. 이러한 전이는 광자를 방출하지 않지만 에너지를 열 에너지로 변환합니다. 따라서 실리콘 및 게르마늄 다이오드는 빛을 방출할 수 없습니다(매우 낮은 특정 온도에서 빛을 방출하므로 특별한 각도에서 감지해야 하며 빛의 밝기가 명확하지 않습니다).
발광다이오드에 사용되는 물질은 모두 다이렉트 밴드갭 물질이기 때문에 에너지가 광자의 형태로 방출된다. 이러한 금지대 에너지는 근적외선, 가시광선 또는 근자외선 대역의 빛 에너지에 해당합니다.
이 모델은 전자기 스펙트럼의 적외선 부분에서 빛을 방출하는 LED를 시뮬레이션합니다.
개발 초기 단계에서 갈륨비소(GaAs)를 사용한 발광 다이오드는 적외선이나 적색광만 방출할 수 있었습니다. 재료 과학의 발전으로 새로 개발된 발광 다이오드는 점점 더 높은 주파수의 광파를 방출할 수 있습니다. 오늘날에는 다양한 색상의 발광 다이오드를 만들 수 있습니다.
다이오드는 일반적으로 N형 기판 위에 구성되며 표면에 P형 반도체 층이 증착되고 전극과 함께 연결됩니다. P형 기판은 덜 일반적이지만 사용되기도 합니다. 많은 상업용 발광 다이오드, 특히 GaN/InGaN도 사파이어 기판을 사용합니다.
LED를 만드는 데 사용되는 대부분의 재료는 굴절률이 매우 높습니다. 이는 대부분의 광파가 공기와의 경계면에서 재료로 다시 반사된다는 것을 의미합니다. 따라서 광파추출은 LED에 있어 중요한 주제이며, 이에 대한 많은 연구개발이 집중되고 있다.
LED(발광다이오드)와 일반 다이오드의 주요 차이점은 재질과 구조로 인해 전기에너지를 빛에너지로 변환하는 효율이 크게 다릅니다. LED가 빛을 방출할 수 있고 일반 다이오드는 빛을 방출할 수 없는 이유를 설명하는 몇 가지 핵심 사항은 다음과 같습니다.
다양한 재료:LED는 갈륨비소(GaAs), 갈륨인화물(GaP), 갈륨질화물(GaN) 등과 같은 III-V 반도체 재료를 사용합니다. 이러한 재료는 다이렉트 밴드갭을 갖고 있어 전자가 직접 점프하여 광자(빛)를 방출할 수 있습니다. 일반 다이오드는 주로 간접 밴드갭을 갖는 실리콘이나 게르마늄을 사용하는데, 전자 점프는 빛이 아닌 열에너지 방출의 형태로 주로 발생한다.
다른 구조:LED의 구조는 빛의 생성과 방출을 최적화하도록 설계되었습니다. LED는 일반적으로 pn 접합에 특정 도펀트와 층 구조를 추가하여 광자의 생성과 방출을 촉진합니다. 일반 다이오드는 전류의 정류 기능을 최적화하도록 설계되었으며 빛의 생성에 중점을 두지 않습니다.
에너지 밴드갭:LED의 재료는 큰 밴드갭 에너지를 가지고 있습니다. 이는 전이 중에 전자에 의해 방출되는 에너지가 빛의 형태로 나타날 만큼 높다는 것을 의미합니다. 일반 다이오드의 물질 밴드갭 에너지는 작으며, 전자는 전이할 때 주로 열의 형태로 방출됩니다.
발광 메커니즘:LED의 pn 접합이 순방향 바이어스 상태에 있으면 전자가 n 영역에서 p 영역으로 이동하고 정공과 재결합하여 광자 형태로 에너지를 방출하여 빛을 생성합니다. 일반 다이오드에서 전자와 정공의 재결합은 주로 비방사 재결합의 형태로 이루어집니다. 즉, 에너지가 열의 형태로 방출됩니다.
이러한 차이로 인해 LED는 작동 시 빛을 방출할 수 있지만 일반 다이오드는 빛을 방출할 수 없습니다.
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게시 시간: 2024년 8월 1일